JP2015201779A

JP2015201779A - 受信装置

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Publication number: JP2015201779A
Application number: JP2014079955A
Authority: JP
Inventors: 悠介藤田; Yusuke Fujita; 賢三浦; Masaru Miura; 久保　俊一; Shunichi Kubo; 俊一久保
Original assignee: THine Electronics Inc
Current assignee: THine Electronics Inc
Priority date: 2014-04-09
Filing date: 2014-04-09
Publication date: 2015-11-12
Anticipated expiration: 2034-04-09
Also published as: US20170118010A1; JP6371096B2; WO2015156077A1; CN106165299A; CN106165299B; US10148418B2

Abstract

【課題】デジタル信号において一時的なノイズ重畳がなくなった後に該デジタル信号から本来のデータおよびクロックを復元することができるようになるまでの時間を短縮することができる受信装置を提供する。
【解決手段】受信装置２０は、電圧制御発振器２２、サンプラ部２３、制御電圧生成部２４、異常検出部２５および制御電圧保持部２６を備える。制御電圧保持部２６は、制御電圧生成部２４から出力される制御電圧Ｖｃの値を保持し、異常検出部２５がデジタル信号の異常を検出すると、その異常検出前に保持した制御電圧を電圧制御発振器２２に与える。
【選択図】図１

Description

本発明は、受信装置に関するものである。

データにクロック情報を埋め込んだデジタル信号を送信装置から伝送路へ送出して、その伝送路を経て到達したデジタル信号を受信した受信装置においてデータおよびクロックを復元するＣＤＲ（clock data recovery）技術が知られている（特許文献１参照）。ＣＤＲ技術では、受信装置は、復元したクロックによりデジタル信号をサンプリングすることで復元したデータを生成するとともに、デジタル信号または復元データと復元クロックとの間で位相および周波数が一致するようにフィードバック制御を行って復元クロックを生成する。

国際公開第２００９／０６０７６３号

ＣＤＲ技術を採用する送信装置および受信装置を備える送受信システムにおいて、送信装置から伝送路を経て受信装置へデジタル信号が伝送される際に、静電気等の外因によりデジタル信号に一時的にノイズが重畳する場合がある。この場合、受信装置は、フィードバック制御により、ノイズが重畳されたデジタル信号に基づいてデータおよびクロックを復元しようとすると、本来の周波数・位相と大きく異なる周波数・位相のクロックを復元してしまい、また、本来の値と異なる値のデータを復元してしまう。

そして、デジタル信号においてノイズの重畳がなくなった後、受信装置は、フィードバック制御により、ノイズが重畳がされていないデジタル信号に基づいて、本来の周波数・位相を有するクロックを復元することができるようになり、また、本来の値を有するデータを復元することができるようになる。しかし、従来の技術では、デジタル信号において一時的なノイズ重畳がなくなった後に該デジタル信号から本来のデータおよびクロックを復元することができるようになるまで長時間を要する場合がある。

本発明は、上記問題点を解消する為になされたものであり、デジタル信号において一時的なノイズ重畳がなくなった後に該デジタル信号から本来のデータおよびクロックを復元することができるようになるまでの時間を短縮することができる受信装置を提供することを目的とする。

本発明の受信装置は、送信装置から送出されて伝送路を介して到達したデジタル信号を受信する受信装置であって、制御電圧を入力し、制御電圧の値に応じた周波数のクロックを出力する電圧制御発振器と、デジタル信号を入力するとともに、電圧制御発振器から出力されたクロックを入力し、クロックが指示するタイミングにおけるデジタル信号のデータをサンプリングしホールドして出力するサンプラ部と、デジタル信号またはデータとクロックとの間における位相または周波数の差を求め、その差が小さくなるような値を有する制御電圧を生成して電圧制御発振器へ出力する制御電圧生成部と、デジタル信号の異常を検出する異常検出部と、制御電圧生成部から出力される制御電圧の値を保持し、異常検出部がデジタル信号の異常を検出すると、その異常検出前に保持した制御電圧を電圧制御発振器に与える制御電圧保持部と、を備えることを特徴とする。

本発明の受信装置は、異常検出部がデジタル信号の異常を検出すると、制御電圧生成部から電圧制御発振器への制御電圧の印加を禁止するのが好適である。また、制御電圧保持部は、第１入力端子，第２入力端子および出力端子を有するアンプを含み、第１入力端子に制御電圧を保持し、第２入力端子と出力端子とが互いに接続され、出力端子の電圧値を電圧制御発振器に与えるのが好適である。

本発明の受信装置では、異常検出部は、サンプラ部から出力されたデータのパターンに基づいてデジタル信号の異常を検出してもよいし、受信したデジタル信号の電圧値に基づいてデジタル信号の異常を検出してもよい。

本発明の送受信システムは、デジタル信号を送出する送信装置と、送信装置から送出されて伝送路を介して到達したデジタル信号を受信する上記の本発明の受信装置と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、デジタル信号において一時的なノイズ重畳がなくなった後に該デジタル信号から本来のデータおよびクロックを復元することができるようになるまでの時間を短縮することができる。

本実施形態の送受信システム１の構成を示す図である。制御電圧生成部２４および制御電圧保持部２６の構成を示す図である。受信装置２０の変形例の構成を示す図である。

以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

図１は、本実施形態の送受信システム１の構成を示す図である。送受信システム１は、送信装置１０および受信装置２０を備える。送信装置１０と受信装置２０とは、伝送路３０により接続されている。送信装置１０は、データにクロック情報を埋め込んだデジタル信号を伝送路３０へ送出する。受信装置２０は、伝送路３０を経て到達したデジタル信号を受信して、そのデジタル信号に基づいてデータおよびクロックを復元する。

受信装置２０は、電圧制御発振器２２、サンプラ部２３、制御電圧生成部２４、異常検出部２５および制御電圧保持部２６を備える。電圧制御発振器２２は、制御電圧生成部２４から出力された制御電圧Ｖｃを入力し、その制御電圧Ｖｃの値に応じた周波数のクロックを出力する。サンプラ部２３は、受信したデジタル信号を入力するとともに、電圧制御発振器２２から出力されたクロックを入力し、クロックが指示するタイミングにおけるデジタル信号のデータをサンプリングしホールドして出力する。

制御電圧生成部２４は、サンプラ部２３から出力されたデータと電圧制御発振器２２から出力されたクロックとの間における位相または周波数の差を求める。そして、制御電圧生成部２４は、その差が小さくなるような値を有する制御電圧Ｖｃを生成して電圧制御発振器２２へ出力する。

電圧制御発振器２２、サンプラ部２３および制御電圧生成部２４は、フィードバックループを構成している。このフィードバックループにより、サンプラ部２３から出力されたデータと電圧制御発振器２２から出力されたクロックとの間における位相および周波数の差が小さくなるように制御される。この状態において電圧制御発振器２２から出力されるクロックは、受信したデジタル信号に基づいて復元されたクロックとなる。また、サンプラ部２３から出力されるデータは、受信したデジタル信号に基づいて復元されたデータとなる。

異常検出部２５は、デジタル信号の異常を検出する。異常検出部２５は、サンプラ部２３から出力されたデータのパターンに基づいてデジタル信号の異常を検出することができる。符号化（例えば８Ｂ１０Ｂ符号化）が為された後のデータのパターンは、その符号化に基づく制約を受ける結果、連続する所定数のビットのレベルが同一となることはなく、連続する所定数のビットのレベルの平均値が所定範囲から外れることはない。そこで、異常検出部２５は、サンプラ部２３から出力されるデータのパターンがその制約条件から外れている場合に、デジタル信号が異常であることを検知することができる。

制御電圧保持部２６は、制御電圧生成部２４から出力される制御電圧Ｖｃの値を保持し、異常検出部２５がデジタル信号の異常を検出すると、その異常検出前に保持した制御電圧を電圧制御発振器２２に与える。異常検出部２５がデジタル信号の異常を検出すると、制御電圧生成部２４から電圧制御発振器２２への制御電圧の印加を禁止するのが好適である。

図２は、制御電圧生成部２４および制御電圧保持部２６の構成を示す図である。制御電圧生成部２４は、位相周波数比較部２４１と、電流源２４２，２４３およびスイッチ２４４，２４５を含むチャージポンプと、容量素子２４６を含むループフィルタとを備える。位相周波数比較部２４１は、サンプラ部２３においてオーバーサンプリングなどにより得られたデータに基づいて、データとクロックとの間における位相または周波数の関係を求める。チャージポンプは、位相周波数比較部２４１により求められた位相または周波数の関係に応じて、スイッチ２４４，２４５の何れかを一定時間だけ閉じて、充電または放電の何れかの電流パルスをループフィルタへ出力する。ループフィルタは、チャージポンプによる容量素子２４６への充電または放電によって出力電圧（制御電圧Ｖｃ）を増減する。

制御電圧保持部２６は、スイッチ２６１、抵抗器２６２、容量素子２６３、アンプ２６４およびスイッチ２６５を備える。アンプ２６４は、第１入力端子（非反転入力端子），第２入力端子（反転入力端子）および出力端子を有する。アンプ２６４の第１入力端子は、直列的に接続されたスイッチ２６１および抵抗器２６２を介して制御電圧生成部２４の出力端に接続され、また、容量素子２６３を介して接地電位に接続される。スイッチ２６１が閉状態から開状態に転じると、アンプ２６４の第１入力端子は、その直前の制御電圧Ｖｃを保持することができる。アンプ２６４の第２入力端子とアンプ２６４の出力端子とは互いに接続されている。スイッチ２６５が閉状態であるとき、アンプ２６４の出力端子の電圧値を電圧制御発振器２２に与えることができる。

従来のＣＤＲでは、送信装置１０から伝送路３０を経て受信装置２０へデジタル信号が伝送される際に、静電気等の外因によりデジタル信号に一時的にノイズが重畳している場合（デジタル信号が異常である場合）、制御電圧生成部２４から電圧制御発振器２２に与えられる制御電圧Ｖｃは誤った値のものとなり、電圧制御発振器２２から出力されるクロックも誤った周波数のものとなってしまうので、このとき復元されるデータおよびクロックは正確ではない。また、仮に異常検出部２５がデジタル信号の異常を検出して制御電圧生成部２４による制御電圧値制御を停止したとしても、電圧制御発振器２２の制御電圧入力ノードに加わるリーク電流や熱ノイズによって、制御電圧Ｖｃは誤った値のものとなり、同様に復元されるデータおよびクロックは正確ではない。そして、デジタル信号が異常の場合から正常である場合へ復帰すると、本来の周波数・位相を有するクロックを復元することができるようになり、また、本来の値を有するデータを復元することができるようになる。ただし、デジタル信号が異常の場合から正常である場合へ復帰した直後は、制御電圧Ｖｃは誤った値であるので、出力されるクロックも誤った周波数のものとなり、たとえデジタル信号が正常でも復元されるデータは正確ではないこともある。制御電圧値は、チャージポンプによる容量素子２４６への充放電によって制御されるため、誤った制御電圧値から正常な制御電圧値まで戻すためには一定期間を要する。その際、チャージポンプの制御が誤って復元されたデータに基づいていると、容量素子２４６への充放電が適切に行われず、正常な制御電圧値まで戻すのに長時間を要する。よって、デジタル信号において一時的なノイズ重畳がなくなった後に、本来のデータおよびクロックを復元することができるようになるまで長時間を要する場合がある。

そこで、本実施形態の受信装置２０は異常検出部２５および制御電圧保持部２６を備える。そして、サンプラ部２３から出力されたデータのパターンに基づいて異常検出部２５がデジタル信号の異常を検出すると、制御電圧保持部２６において、スイッチ２６１が閉状態から開状態に転じるとともに、スイッチ２６５が開状態から閉状態に転じる。これにより、制御電圧保持部２６は、異常検出前の制御電圧をアンプ２６４の第１入力端子に保持し、その保持した制御電圧をアンプ２６４の出力端子から出力して電圧制御発振器２２に与える。

制御電圧保持部２６により保持された制御電圧を電圧制御発振器２２に与えている期間では、たとえ制御電圧生成部２４における周波数比較が誤っていても、或いは、たとえ電圧制御発振器２２において電流リークや熱ノイズがあろうとも、電圧制御発振器２２に与えられる制御電圧は適正値に維持され得る。

異常検出部２５がデジタル信号の異常検出を終了すると、制御電圧保持部２６において、スイッチ２６１が開状態から閉状態に転じるとともに、スイッチ２６５が閉状態から開状態に転じる。これにより、通常どおり制御電圧生成部２４から出力された制御電圧Ｖｃが電圧制御発振器２２に与えられる。

したがって、本実施形態では、デジタル信号において一時的なノイズ重畳がなくなった後に本来のデータおよびクロックを復元することができるようになるまでの時間を短縮することができ、その結果として伝送特性を向上させることができる。

図３は、受信装置２０の変形例の構成を示す図である。図１に示された受信装置２０の異常検出部２５は、サンプラ部２３から出力されたデータのパターンに基づいてデジタル信号の異常を検出したのに対して、図３に示される受信装置２０の異常検出部２５は、受信したデジタル信号の電圧値に基づいてデジタル信号の異常を検出する。すなわち、この異常検出部２５は、デジタル信号の電圧値が通常動作時の電圧範囲から外れている場合に、デジタル信号が異常であることを検知することができる。伝送路３０が差動線路である場合、異常検出部２５は、差動線路を構成する２本の線路それぞれの電圧値が通常動作時の電圧範囲から外れているか否かをモニタしてもよいし、これら２本の線路それぞれの電圧値の差が通常動作時の電圧範囲から外れているか否かをモニタしてもよい。

また、図１に示された受信装置２０の制御電圧生成部２４は、サンプラ部２３から出力されたデータと電圧制御発振器２２から出力されたクロックとの間における位相または周波数の差を求めたのに対して、図３に示される受信装置２０の制御電圧生成部２４は、受信したデジタル信号と電圧制御発振器２２から出力されたクロックとの間における位相または周波数の差を求める。

この場合も、受信装置２０は、異常検出部２５がデジタル信号の異常を検出すると、制御電圧保持部２６により保持した異常検出前の制御電圧を電圧制御発振器２２に与える。これにより、デジタル信号において一時的なノイズ重畳がなくなった後に本来のデータおよびクロックを復元することができるようになるまでの時間を短縮することができ、その結果として伝送特性を向上させることができる。

本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。例えば、異常検出部２５がデジタル信号の異常を検出すると直ちに制御電圧保持部２６から制御電圧を電圧制御発振器２２に与えるようにしてもよいし、異常検出部２５がデジタル信号の異常を検出する期間が一定時間以上に亘って継続したときに制御電圧保持部２６から制御電圧を電圧制御発振器２２に与えるようにしてもよい。また、異常検出部２５がデジタル信号の異常検出を終了すると制御電圧生成部２４から制御電圧を電圧制御発振器２２に与えるように復帰してもよいし、異常を検出した時刻から一定時間が経過したときに制御電圧生成部２４から制御電圧を電圧制御発振器２２に与えるように復帰してもよい。

１…送受信システム、１０…送信装置、２０…受信装置、２２…電圧制御発振器、２３…サンプラ部、２４…制御電圧生成部、２５…異常検出部、２６…制御電圧保持部、３０…伝送路。

Claims

送信装置から送出されて伝送路を介して到達したデジタル信号を受信する受信装置であって、
制御電圧を入力し、前記制御電圧の値に応じた周波数のクロックを出力する電圧制御発振器と、
前記デジタル信号を入力するとともに、前記電圧制御発振器から出力されたクロックを入力し、前記クロックが指示するタイミングにおける前記デジタル信号のデータをサンプリングしホールドして出力するサンプラ部と、
前記デジタル信号または前記データと前記クロックとの間における位相または周波数の差を求め、その差が小さくなるような値を有する前記制御電圧を生成して前記電圧制御発振器へ出力する制御電圧生成部と、
前記デジタル信号の異常を検出する異常検出部と、
前記制御電圧生成部から出力される制御電圧の値を保持し、前記異常検出部が前記デジタル信号の異常を検出すると、その異常検出前に保持した制御電圧を前記電圧制御発振器に与える制御電圧保持部と、
を備えることを特徴とする受信装置。
前記異常検出部が前記デジタル信号の異常を検出すると、前記制御電圧生成部から前記電圧制御発振器への制御電圧の印加を禁止する、ことを特徴とする請求項１に記載の受信装置。
前記制御電圧保持部は、第１入力端子，第２入力端子および出力端子を有するアンプを含み、前記第１入力端子に制御電圧を保持し、前記第２入力端子と前記出力端子とが互いに接続され、前記出力端子の電圧値を前記電圧制御発振器に与える、ことを特徴とする請求項１に記載の受信装置。
前記異常検出部は、前記サンプラ部から出力されたデータのパターンに基づいて前記デジタル信号の異常を検出する、ことを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の受信装置。
前記異常検出部は、受信した前記デジタル信号の電圧値に基づいて前記デジタル信号の異常を検出する、ことを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の受信装置。
デジタル信号を送出する送信装置と、前記送信装置から送出されて伝送路を介して到達した前記デジタル信号を受信する請求項１〜５の何れか１項に記載の受信装置と、を備えることを特徴とする送受信システム。